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JP2026003350A - Motor control device for electric compressor - Google Patents

Motor control device for electric compressor

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Publication number
JP2026003350A
JP2026003350A JP2024101259A JP2024101259A JP2026003350A JP 2026003350 A JP2026003350 A JP 2026003350A JP 2024101259 A JP2024101259 A JP 2024101259A JP 2024101259 A JP2024101259 A JP 2024101259A JP 2026003350 A JP2026003350 A JP 2026003350A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amplitude
harmonic
voltage
axis
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2024101259A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大樹 森本
拓也 成瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2024101259A priority Critical patent/JP2026003350A/en
Publication of JP2026003350A publication Critical patent/JP2026003350A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

【課題】電圧指令に高調波電圧を重畳させることによるモータ(ロータ)の位置推定が不正確になるのを抑制することが可能な電動コンプレッサのモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置100は、電動コンプレッサ200のモータ210の駆動用電圧指令値に、高調波電流を発生させるための高調波電圧指令値が加算された加算値に基づいて、モータ210を制御する信号を生成するPWM演算器24と、高調波電流を用いてロータ位置の推定誤差Δθを算出する位置誤差推定器29と、高調波電圧指令値の振幅Vhを調整する高調波振幅調整器23と、位置誤差推定器29により算出された推定誤差Δθを用いてロータ位置を推定する位置推定器30とを備える。位置誤差推定器29は、γ軸高調波電流とδ軸高調波電流とを用いて、推定誤差Δθを算出する。高調波振幅調整器23は、入力電圧Vdcが高くなるほど振幅Vhを大きくする。
【選択図】図5

A motor control device for an electric compressor is provided that can prevent inaccurate estimation of the position of a motor (rotor) caused by superimposing harmonic voltages on a voltage command.
[Solution] A motor control device (100) includes a PWM calculator (24) that generates a signal to control a motor (210) of an electric compressor (200) based on a sum obtained by adding a harmonic voltage command value for generating a harmonic current to a drive voltage command value for the motor (210), a position error estimator (29) that calculates an estimated error Δθ of the rotor position using the harmonic current, a harmonic amplitude regulator (23) that adjusts the amplitude Vh of the harmonic voltage command value, and a position estimator (30) that estimates the rotor position using the estimated error Δθ calculated by the position error estimator (29). The position error estimator (29) calculates the estimated error Δθ using a γ-axis harmonic current and a δ-axis harmonic current. The harmonic amplitude regulator (23) increases the amplitude Vh as the input voltage (Vdc) increases.
[Selected figure] Figure 5

Description

本開示は、電動コンプレッサのモータ制御装置に関する。 This disclosure relates to a motor control device for an electric compressor.

たとえば、特開平8-308286号公報(特許文献1)には、モータに誘起される誘起起電力に基づいてモータの動作を検出することが開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-308286 (Patent Document 1) discloses detecting motor operation based on the induced electromotive force induced in the motor.

特開平7-245981号公報(特許文献2)には、交番電圧が重畳されたd軸電圧指令値を用いてモータの磁極位置を検出するシステムが開示されている。 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 7-245981 (Patent Document 2) discloses a system that detects the magnetic pole position of a motor using a d-axis voltage command value on which an alternating voltage is superimposed.

特開平8-308286号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-308286 特開平7-245981号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-245981

ここで、容量が比較的大きい電動コンプレッサのモータ駆動において、電動コンプレッサの低冷媒流量時にモータの駆動/停止が頻繁に切り替わる(ON/OFF駆動になる)場合がある。この場合、電動コンプレッサ内においてオイル切れ等が生じることに起因して、電動コンプレッサが破損する恐れがある。したがって、上記のON/OFF駆動を回避するために、モータを比較的低速で制御することが考えられる。 When driving a motor that drives a relatively large-capacity electric compressor, the motor may frequently switch between on and off (switching on and off) when the refrigerant flow rate of the electric compressor is low. In this case, there is a risk of the electric compressor being damaged due to an oil shortage or other problem. Therefore, in order to avoid this on and off switching, it is possible to control the motor at a relatively low speed.

しかしながら、モータは低速領域では誘起起電力が小さくなるため、上記特許文献1に記載の手法を用いてモータの位置推定が正確に行えないという不都合がある。 However, because the induced electromotive force of a motor is small in the low-speed range, the method described in Patent Document 1 above has the disadvantage that the motor's position cannot be accurately estimated.

これに対し、上記特許文献2の手法を用いれば、低速領域でもモータ(ロータ)の位置推定を比較的正確に行える。しかしながら、高周波の交番電圧(高調波電圧)を電圧指令に加えることによって、モータに流れる交流電流に高周波の交番電流(高調波電流)が重畳される。これに起因して、交流電流の正負が切り替わるタイミングが不規則となるため、デッドタイム補正が不正確になる場合がある。この場合、モータの位置推定が不正確になる恐れがある。 In contrast, the method described in Patent Document 2 makes it possible to estimate the motor (rotor) position relatively accurately, even in low-speed regions. However, by adding a high-frequency alternating voltage (harmonic voltage) to the voltage command, a high-frequency alternating current (harmonic current) is superimposed on the AC current flowing through the motor. This causes the timing at which the AC current switches between positive and negative polarities to become irregular, which can result in inaccurate dead-time correction. In this case, there is a risk that the motor's position will be estimated inaccurately.

本技術の目的は、電圧指令に高調波電圧を重畳させることによるモータ(ロータ)の位置推定が不正確になるのを抑制することが可能な電動コンプレッサのモータ制御装置を提供することである。 The objective of this technology is to provide a motor control device for an electric compressor that can suppress inaccurate motor (rotor) position estimation caused by superimposing harmonic voltages on voltage commands.

本開示の一の局面に係る電動コンプレッサのモータ制御装置は、電動コンプレッサのモータを駆動する駆動用電圧指令値に、モータのロータ位置の推定に用いられる高調波電流を発生させるための高調波電圧指令値が加算された加算値に基づいて、モータを制御する信号を生成する信号生成部と、高調波電流を用いて、ロータ位置の推定誤差を算出する位置誤差推定器と、位置誤差推定器により算出された推定誤差を用いて、ロータ位置を推定する位置推定器と、高調波電圧指令値の振幅である電圧振幅を調整する高調波振幅調整器と、を備える。位置誤差推定器は、d軸の推定軸であるγ軸における高調波電流であるγ軸高調波電流と、q軸の推定軸であるδ軸における高調波電流であるδ軸高調波電流とを用いて、推定誤差を算出する。高調波振幅調整器は、高調波振幅調整器への入力電圧に基づいて、電圧振幅を調整するとともに、入力電圧が第1電圧値の場合の電圧振幅を、入力電圧が第1電圧値よりも小さい第2電圧値の場合の電圧振幅よりも大きくする。 A motor control device for an electric compressor according to one aspect of the present disclosure includes a signal generator that generates a signal to control the motor based on a sum obtained by adding a harmonic voltage command value for generating a harmonic current used to estimate the rotor position of the motor to a drive voltage command value for driving the motor of the electric compressor; a position error estimator that calculates an estimation error of the rotor position using the harmonic current; a position estimator that estimates the rotor position using the estimation error calculated by the position error estimator; and a harmonic amplitude adjuster that adjusts the voltage amplitude, which is the amplitude of the harmonic voltage command value. The position error estimator calculates the estimation error using a γ-axis harmonic current, which is a harmonic current in the γ-axis, which is an estimation axis of the d-axis, and a δ-axis harmonic current, which is a harmonic current in the δ-axis, which is an estimation axis of the q-axis. The harmonic amplitude adjuster adjusts the voltage amplitude based on the input voltage to the harmonic amplitude adjuster, and makes the voltage amplitude when the input voltage is a first voltage value larger than the voltage amplitude when the input voltage is a second voltage value smaller than the first voltage value.

本開示の一の局面に係る電動コンプレッサのモータ制御装置では、上記のように、位置誤差推定器は、γ軸高調波電流とδ軸高調波電流とを用いて位置誤差を算出する。また、高調波振幅調整器は、入力電圧が第1電圧値の場合の電圧振幅を、入力電圧が第1電圧値よりも小さい第2電圧値の場合の電圧振幅よりも大きくする。ここで、γ軸高調波電流とδ軸高調波電流とを用いて推定誤差を算出する場合、推定誤差は、高調波振幅調整器への入力電圧が高くなるほど大きくなり、かつ、電圧振幅が大きくなるほど小さくなる。したがって、入力電圧が第1電圧値の場合の電圧振幅を、入力電圧が第1電圧値よりも小さい第2電圧値の場合の電圧振幅よりも大きくすることによって、入力電圧が第2電圧値から第1電圧値に増加したことに起因して推定誤差が増加するのを抑制することができる。これにより、電圧指令に高調波電圧を重畳させる場合にモータ(ロータ)の位置推定が不正確になるのを抑制することができる。 In a motor control device for an electric compressor according to one aspect of the present disclosure, as described above, the position error estimator calculates the position error using the γ-axis harmonic current and the δ-axis harmonic current. The harmonic amplitude adjuster increases the voltage amplitude when the input voltage is a first voltage value compared to the voltage amplitude when the input voltage is a second voltage value that is smaller than the first voltage value. When calculating the estimation error using the γ-axis harmonic current and the δ-axis harmonic current, the estimation error increases as the input voltage to the harmonic amplitude adjuster increases, and decreases as the voltage amplitude increases. Therefore, by increasing the voltage amplitude when the input voltage is a first voltage value compared to the voltage amplitude when the input voltage is a second voltage value that is smaller than the first voltage value, it is possible to prevent an increase in the estimation error caused by the input voltage increasing from the second voltage value to the first voltage value. This prevents inaccurate motor (rotor) position estimation when harmonic voltages are superimposed on the voltage command.

位置誤差推定器は、γ軸高調波電流の振幅と、δ軸高調波電流の振幅との比率に基づいて、推定誤差を算出してもよい。ここで、γ軸高調波電流の振幅およびδ軸高調波電流の振幅の各々は、電圧振幅に比例する値である。したがって、上記比率は電圧振幅に拘わらない値となる。したがって、電圧振幅に拘わらずに推定誤差を算出することができる。 The position error estimator may calculate the estimation error based on the ratio between the amplitude of the γ-axis harmonic current and the amplitude of the δ-axis harmonic current. Here, the amplitudes of the γ-axis harmonic current and the δ-axis harmonic current are each proportional to the voltage amplitude. Therefore, the above ratio is a value independent of the voltage amplitude. Therefore, the estimation error can be calculated regardless of the voltage amplitude.

高調波振幅調整器は、入力電圧が高くなるほど電圧振幅を大きくしてもよい。上記のように、推定誤差は、高調波振幅調整器への入力電圧が高くなるほど大きくなり、かつ、電圧振幅が大きくなるほど小さくなる。したがって、入力電圧が高くなるほど電圧振幅を大きくすることによって、推定誤差が増加するのを効果的に抑制することができる。 The harmonic amplitude adjuster may increase the voltage amplitude as the input voltage increases. As described above, the estimation error increases as the input voltage to the harmonic amplitude adjuster increases, and decreases as the voltage amplitude increases. Therefore, by increasing the voltage amplitude as the input voltage increases, it is possible to effectively suppress an increase in the estimation error.

高調波振幅調整器は、モータに交流電圧を出力するとともにデッドタイム補正が行われる電力変換器からモータに出力される交流電流の絶対値が所定値よりも小さい場合に、電圧振幅を低減する処理を実行してもよい。ここで、電圧振幅が低減されることによって、高調波電流の振幅が小さくなる。したがって、電力変換器からモータに出力される交流電流の絶対値が所定値よりも小さい場合に電圧振幅を低減する処理が実行されることによって、交流電流の値が0の付近で振幅の大きい高調波電流が交流電流に重畳されるのを抑制することができる。その結果、高調波電流が重畳された交流電流の正負が頻繁に切り替わるのを抑制することができるので、デッドタイム補正が不正確になるのを抑制することができる。 The harmonic amplitude adjuster may execute a process to reduce the voltage amplitude when the absolute value of the AC current output from the power converter, which outputs an AC voltage to the motor and performs dead time correction, to the motor is smaller than a predetermined value. Here, reducing the voltage amplitude reduces the amplitude of the harmonic current. Therefore, by executing a process to reduce the voltage amplitude when the absolute value of the AC current output from the power converter to the motor is smaller than a predetermined value, it is possible to prevent harmonic currents with large amplitudes from being superimposed on the AC current when the AC current value is near zero. As a result, it is possible to prevent frequent positive and negative changes in the AC current on which harmonic currents are superimposed, thereby preventing inaccurate dead time correction.

高調波振幅調整器は、モータに交流電圧を出力するとともにデッドタイム補正が行われる電力変換器からモータに出力される交流電流の振幅が所定値よりも小さい場合に、電圧振幅を低減する処理を実行してもよい。ここで、電圧振幅が低減されることによって、高調波電流の振幅が小さくなる。したがって、振幅が比較的小さい交流電流に振幅が比較的大きい高調波電流が重畳されるのを抑制することができる。その結果、高調波電流が重畳された交流電流の正負が頻繁に切り替わるのを抑制することができるので、デッドタイム補正が不正確になるのを抑制することができる。 The harmonic amplitude adjuster may perform a process to reduce the voltage amplitude when the amplitude of the AC current output to the motor from a power converter that outputs an AC voltage to the motor and performs dead time correction is smaller than a predetermined value. Here, reducing the voltage amplitude reduces the amplitude of the harmonic current. Therefore, it is possible to prevent harmonic currents with relatively large amplitudes from being superimposed on AC currents with relatively small amplitudes. As a result, it is possible to prevent frequent positive and negative switching of the AC current on which harmonic currents are superimposed, thereby preventing inaccurate dead time correction.

本技術によれば、電圧指令に高調波電圧を重畳させることによるモータ(ロータ)の位置推定が不正確になるのを抑制することができる。 This technology can prevent inaccurate motor (rotor) position estimation caused by superimposing harmonic voltages on voltage commands.

一実施形態によるモータシステムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a motor system according to an embodiment; 一実施形態によるモータシステムの詳細な構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a motor system according to an embodiment. d,q軸とγ,δ軸とを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the d, q axes and the γ, δ axes. 一実施形態によるコントローラの詳細な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a controller according to an embodiment. 一実施形態による入力電圧Vdcと振幅Vhとの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between an input voltage Vdc and an amplitude Vh according to an embodiment. 一実施形態による高調波電流の振幅Aδと推定誤差Δθとの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the amplitude Aδ of a harmonic current and the estimation error Δθ according to an embodiment. 一実施形態による高調波電流が重畳された交流電流を示す図である。FIG. 2 illustrates an AC current with superimposed harmonic currents according to one embodiment. 一実施形態の変形例による高調波電流が重畳された交流電流を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an alternating current on which a harmonic current is superimposed according to a modified example of an embodiment.

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that identical or corresponding parts in the drawings will be designated by the same reference numerals and their description will not be repeated.

図1は、本実施形態に係る電動コンプレッサ200のモータ制御装置100を備えるモータシステム1の全体構成を示す図である。モータシステム1は、たとえば電動車両に搭載される。ただし、モータシステム1の用途は車両用に限定されない。モータシステム1が定置システム(たとえば空調システム)に用いられてもよい。モータシステム1は、モータ制御装置100と、電動コンプレッサ200のモータ210と、電力源300と、メインコントローラ400とを備える。 Figure 1 shows the overall configuration of a motor system 1 including a motor control device 100 for an electric compressor 200 according to this embodiment. The motor system 1 is mounted, for example, on an electric vehicle. However, the use of the motor system 1 is not limited to vehicles. The motor system 1 may also be used in a stationary system (for example, an air conditioning system). The motor system 1 includes the motor control device 100, a motor 210 for the electric compressor 200, a power source 300, and a main controller 400.

電力源300は、モータ制御装置100に電力を供給する。電力源300は、たとえば、蓄電池または太陽電池などの直流電源(直流系統)である。電力源300は、交流電源(交流系統)であってもよい。交流電源の場合、交流を直流に変換するための整流器を設ける必要がある。 The power source 300 supplies power to the motor control device 100. The power source 300 is, for example, a DC power source (DC system) such as a storage battery or a solar cell. The power source 300 may also be an AC power source (AC system). In the case of an AC power source, a rectifier must be provided to convert AC to DC.

モータ制御装置100は、モータ210を駆動(制御)する。モータ制御装置100は、電力変換部10と、コントローラ20と、を含む。電力変換部10は、電力源300からの供給電力に対する電力変換動作を行う。コントローラ20は、メインコントローラ400からの制御指令に従って電力変換部10を制御する。メインコントローラ400からコントローラ20への制御指令は、速度指令(モータ210の角加速度に関する指令)Fm*を含む。なお、電力変換部10は、本開示の「電力変換器」の一例である。 The motor control device 100 drives (controls) the motor 210. The motor control device 100 includes a power conversion unit 10 and a controller 20. The power conversion unit 10 performs power conversion operations on the power supplied from the power source 300. The controller 20 controls the power conversion unit 10 in accordance with control commands from the main controller 400. The control commands from the main controller 400 to the controller 20 include a speed command Fm* (a command related to the angular acceleration of the motor 210). The power conversion unit 10 is an example of a "power converter" in this disclosure.

モータ210は、三相交流回転電機、または、三相ブラシレス直流回転電機であり、たとえばIPM(Interior Permanent Magnet)モータである。モータ210にはロータ211(後述、図3)の位置を検出する位置センサ(レゾルバ)が設けられていない。したがって、モータ制御装置100は、モータ210のセンサレス制御を実行する。 The motor 210 is a three-phase AC rotating electric machine or a three-phase brushless DC rotating electric machine, such as an IPM (Interior Permanent Magnet) motor. The motor 210 is not provided with a position sensor (resolver) that detects the position of the rotor 211 (described below, Figure 3). Therefore, the motor control device 100 performs sensorless control of the motor 210.

図2は、モータシステム1の構成の一例を示す図である。ただし、図2ではメインコントローラ400(図1)の図示が省略されている。 Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of the motor system 1. However, the main controller 400 (Figure 1) is not shown in Figure 2.

電力源300は、この例では蓄電池である。電力源300は、電力変換部10の直流端子Tp,Tnを介して電力変換部10に直流電力を出力する。電力源300には、電力源300の状態を監視する監視ユニット(電圧センサ、電流センサなどを含む。)310が設けられている。監視ユニット310は、監視された電圧、電流などをコントローラ20に出力する。 In this example, the power source 300 is a storage battery. The power source 300 outputs DC power to the power conversion unit 10 via the DC terminals Tp and Tn of the power conversion unit 10. The power source 300 is provided with a monitoring unit 310 (including a voltage sensor, a current sensor, etc.) that monitors the state of the power source 300. The monitoring unit 310 outputs the monitored voltage, current, etc. to the controller 20.

電力変換部10は、コントローラ20からの制御指令に従って、電力源300からの直流電力(直流電圧)を交流電力(交流電圧)に変換し、その交流電力(交流電圧)をモータ210に出力する。より詳細には、電力変換部10は、たとえば、電圧センサ12と、インバータ13とを含む。 In accordance with control commands from the controller 20, the power conversion unit 10 converts DC power (DC voltage) from the power source 300 into AC power (AC voltage) and outputs the AC power (AC voltage) to the motor 210. More specifically, the power conversion unit 10 includes, for example, a voltage sensor 12 and an inverter 13.

電圧センサ12は、電力線PLと電力線NLとの間の電圧を検出し、検出された電圧をコントローラ20に出力する。 The voltage sensor 12 detects the voltage between the power line PL and the power line NL and outputs the detected voltage to the controller 20.

インバータ13は、たとえば2レベルの三相フルブリッジ回路である。インバータ13は、コントローラ20からの制御指令に従って、電力線PL,NL間の直流電力を交流電力に変換し、その交流電力(交流電圧)を交流端子Tu,Tv,Twに出力する。この例では、インバータ13は、6つのスイッチング素子Q1~Q6と、6つのフリーホイールダイオードD1~D6とを含む。各スイッチング素子Q1~Q6は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどである。フリーホイールダイオードD1~D6は、スイッチング素子Q1~Q6にそれぞれ逆並列に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2は、互いに直列に接続されてフルブリッジ回路のU相アームを構成する。スイッチング素子Q3,Q4は、互いに直列に接続されてフルブリッジ回路のV相アームを構成する。スイッチング素子Q5,Q6は、互いに直列に接続されてフルブリッジ回路のW相アームを構成する。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、交流端子Tu,Tv,Twにそれぞれ接続されている。各相アームは、電力線PLと電力線NLとの間に接続されている。なお、各スイッチング素子Q1~Q6としてMOSFETが用いられる場合、MOSFETの寄生ダイオードがフリーホイールダイオードD1~D6の代わりとなる。 Inverter 13 is, for example, a two-level, three-phase full-bridge circuit. In accordance with control commands from controller 20, inverter 13 converts DC power between power lines PL and NL into AC power and outputs the AC power (AC voltage) to AC terminals Tu, Tv, and Tw. In this example, inverter 13 includes six switching elements Q1 to Q6 and six freewheel diodes D1 to D6. Each switching element Q1 to Q6 is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a bipolar transistor, or the like. Freewheel diodes D1 to D6 are connected in antiparallel to switching elements Q1 to Q6, respectively. Switching elements Q1 and Q2 are connected in series to form the U-phase arm of the full-bridge circuit. Switching elements Q3 and Q4 are connected in series to form the V-phase arm of the full-bridge circuit. Switching elements Q5 and Q6 are connected in series to each other to form the W-phase arm of a full-bridge circuit. The U-phase arm, V-phase arm, and W-phase arm are connected to AC terminals Tu, Tv, and Tw, respectively. Each phase arm is connected between power line PL and power line NL. Note that when MOSFETs are used as switching elements Q1 to Q6, the parasitic diodes of the MOSFETs replace the freewheel diodes D1 to D6.

モータ210は、永久磁石を有するロータ211(図3)と、コイルが巻回されたステータ212とを含む。この例では、ステータ212は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを有する。各相コイルの一端は中性点に星型結線されている。各相コイルの他端は、インバータ13の各相アームのスイッチング素子の接続点にそれぞれ接続されている。 The motor 210 includes a rotor 211 (Figure 3) with a permanent magnet and a stator 212 with coils wound around it. In this example, the stator 212 has a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil. One end of each phase coil is star-connected to the neutral point. The other end of each phase coil is connected to the connection point of the switching elements of each phase arm of the inverter 13.

モータ210には電流センサ213,214が設けられている。電流センサ213は、モータ210に流れるV相電流Ivを検出する。電流センサ214は、モータ210に流れるW相電流Iwを検出する。各電流センサ213,214は、検出された電流をコントローラ20に出力する。なお、U相電流IuおよびV相電流Iv、または、U相電流IuおよびW相電流Iwがコントローラ20に出力されてもよい。 The motor 210 is provided with current sensors 213 and 214. The current sensor 213 detects the V-phase current Iv flowing through the motor 210. The current sensor 214 detects the W-phase current Iw flowing through the motor 210. Each current sensor 213 and 214 outputs the detected current to the controller 20. Note that the U-phase current Iu and the V-phase current Iv, or the U-phase current Iu and the W-phase current Iw, may also be output to the controller 20.

コントローラ20は、メインコントローラ400(図1)からの速度指令Fm*と、各種センサ(監視ユニット310、電圧センサ12、電流センサ213,214など)による検出結果とに基づいて、インバータ13を制御する。たとえば、コントローラ20は、インバータ13に含まれる6つのスイッチング素子Q1~Q6の各々にスイッチング信号SWを出力する。スイッチング信号SW(図1)は典型的にはPWM(Pulse Width Modulation)信号である。 The controller 20 controls the inverter 13 based on the speed command Fm* from the main controller 400 (Figure 1) and the detection results from various sensors (monitoring unit 310, voltage sensor 12, current sensors 213 and 214, etc.). For example, the controller 20 outputs a switching signal SW to each of the six switching elements Q1 to Q6 included in the inverter 13. The switching signal SW (Figure 1) is typically a PWM (Pulse Width Modulation) signal.

コントローラ20は、主たる構成要素として、プロセッサ201と、メモリ202とを含む。プロセッサ201は、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)などの処理回路(processing circuitry)を含む。メモリ202は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置とを含む。メモリ202には、OS(Operating System)を含むシステムプログラムと、コンピュータ読み取り可能なコードを含む制御プログラムと、電力変換部10による電力変換動作を制御するための各種パラメータとが格納されている。プロセッサ201は、システムプログラム、制御プログラムおよびパラメータを読み出してメモリ202に展開して実行することによって様々な演算処理を実現する。コントローラ20による演算処理は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などにより実現されてもよい。 The controller 20 includes, as its main components, a processor 201 and a memory 202. The processor 201 includes processing circuitry such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro Processing Unit). The memory 202 includes volatile storage devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and SRAM (Static Random Access Memory), and non-volatile storage devices such as HDDs (Hard Disk Drives), SSDs (Solid State Drives), and flash memory. The memory 202 stores system programs including an OS (Operating System), control programs including computer-readable code, and various parameters for controlling the power conversion operation of the power conversion unit 10. The processor 201 performs various arithmetic operations by reading the system programs, control programs, and parameters, expanding them into the memory 202, and executing them. Arithmetic operations performed by the controller 20 may be performed using an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like.

インバータ13では、各相において、上アームのスイッチング素子(Q1、Q3、Q5)と下アームのスイッチング素子(Q2、Q4、Q6)とが同時にONにならないように、デッドタイムが設けられている。また、デッドタイムが設けられることによって電圧誤差(PWM指令とインバータの出力電圧との間の電圧誤差)が生じないように、インバータ13ではデッドタイム補正が行われている。デッドタイム補正を誤ると、意図しない過剰または過小な電圧がモータ210に印加される。この電圧誤差によってモータ210に流れる電流にリップルが生じ、この電流リップルに起因してロータ211の推定位置にもリップル(推定位置リップル)が生じる。 Inverter 13 has a dead time to prevent the upper arm switching elements (Q1, Q3, Q5) and the lower arm switching elements (Q2, Q4, Q6) in each phase from being turned ON simultaneously. Furthermore, dead time correction is performed in inverter 13 to prevent voltage errors (voltage errors between the PWM command and the inverter output voltage) caused by the dead time. If dead time correction is incorrect, an unintended excessive or insufficient voltage will be applied to motor 210. This voltage error causes ripples in the current flowing through motor 210, and this current ripple also causes ripples in the estimated position of rotor 211 (estimated position ripple).

なお、モータ制御装置100のコントローラ20とメインコントローラ400とが別々に設けられていることは必須ではない。コントローラ20が自身で速度指令Fm*を算出するように構成されていてもよい。 Note that it is not necessary for the controller 20 and main controller 400 of the motor control device 100 to be provided separately. The controller 20 may also be configured to calculate the speed command Fm* by itself.

<角度差の算出>
図3は、モータ210の作動中におけるロータ211の磁極位置と座標軸との関係を説明するための図である。図3に示すように、d軸は、ロータ211の回転軸Cからロータ211のN極へ向かう軸である。d軸は、ロータ211の角速度ωで反時計回りに回転する。q軸は、d軸に直交する軸(d軸よりも電気角が90度だけ進んだ方向に延びる軸)である。
<Calculation of angle difference>
3 is a diagram illustrating the relationship between the magnetic pole position of the rotor 211 and the coordinate axes during operation of the motor 210. As shown in FIG. 3, the d-axis is an axis extending from the rotation axis C of the rotor 211 toward the north pole of the rotor 211. The d-axis rotates counterclockwise at the angular velocity ω of the rotor 211. The q-axis is an axis orthogonal to the d-axis (an axis extending in a direction 90 degrees electrical angle ahead of the d-axis).

モータ210のセンサレス制御を実行する場合、コントローラ20がロータ211のd軸およびq軸を正確に把握することは困難である。そのため、d軸およびq軸により規定されるd-q回転座標系に代えてγ-δ回転座標系が使用される。γ-δ回転座標系は、d軸およびq軸を推定したγ軸およびδ軸により規定される。γ軸は、回転軸Cからロータ211の推定されたN極へ向かう軸である。δ軸は、γ軸に直交する軸(γ軸よりも電気角90度だけ進んだ方向に延びる軸)である。 When performing sensorless control of the motor 210, it is difficult for the controller 20 to accurately determine the d-axis and q-axis of the rotor 211. Therefore, a γ-δ rotating coordinate system is used instead of the d-q rotating coordinate system defined by the d-axis and q-axis. The γ-δ rotating coordinate system is defined by the γ-axis and δ-axis, which are estimated from the d-axis and q-axis. The γ-axis is the axis extending from the rotation axis C toward the estimated north pole of the rotor 211. The δ-axis is an axis perpendicular to the γ-axis (an axis extending 90 electrical degrees ahead of the γ-axis).

γ-δ回転座標系におけるγ軸電流およびδ軸電流をIγおよびIδとそれぞれ記載する。トルクをモータ210に発生させるために要するγ軸電流指令およびδ軸電流指令をそれぞれIγ*およびIδ*とそれぞれ記載する。γ軸電流Iγは、モータ210における磁界の発生に使用される電流である。δ軸電流Iδは、モータ210のトルクに対応する電流である。コントローラ20は、δ軸電流指令Iδ*をゼロとし、かつγ軸電流指令Iγ*を可変値に設定することによって、モータ210にトルクを発生させないようにし、かつ指定位置に磁界を発生させる。 The γ-axis current and δ-axis current in the γ-δ rotating coordinate system are written as Iγ and Iδ, respectively. The γ-axis current command and δ-axis current command required to generate torque in motor 210 are written as Iγ* and Iδ*, respectively. The γ-axis current Iγ is the current used to generate a magnetic field in motor 210. The δ-axis current Iδ is the current corresponding to the torque of motor 210. By setting the δ-axis current command Iδ* to zero and the γ-axis current command Iγ* to a variable value, controller 20 prevents motor 210 from generating torque and generates a magnetic field at the specified position.

以下、d軸に対するγ軸(d-q回転座標系に対するγ-δ回転座標系)の角度差を「推定誤差Δθ」と記載する。ステータ212のコイルのd軸自己インダクタンスおよびq軸自己インダクタンスをLdおよびLqとそれぞれ記載する。 Hereinafter, the angular difference between the d-axis and the γ-axis (γ-δ rotating coordinate system relative to the d-q rotating coordinate system) will be referred to as the "estimation error Δθ." The d-axis self-inductance and q-axis self-inductance of the coil of stator 212 will be referred to as Ld and Lq, respectively.

<機能ブロック>
図4は、本実施形態におけるコントローラ20の機能ブロック図である。コントローラ20は、速度制御部21と、電流制御部22と、高調波振幅調整器23と、PWM演算器24と、座標変換器25と、BSF(Band Stop Filter)26と、BPF(Band Pass Filter)27と、振幅推定器28と、位置誤差推定器29と、位置推定器30とを含む。また、コントローラ20は、減算器31~33と、乗算器34と、加算器35と、を含む。なお、PWM演算器24は、本開示の「信号生成部」の一例である。
<Function block>
4 is a functional block diagram of the controller 20 in this embodiment. The controller 20 includes a speed control unit 21, a current control unit 22, a harmonic amplitude regulator 23, a PWM calculator 24, a coordinate converter 25, a band stop filter (BSF) 26, a band pass filter (BPF) 27, an amplitude estimator 28, a position error estimator 29, and a position estimator 30. The controller 20 also includes subtractors 31 to 33, a multiplier 34, and an adder 35. The PWM calculator 24 is an example of the "signal generation unit" of the present disclosure.

減算器31は、たとえばメインコントローラ400(図1)からモータ制御装置100へ入力される速度指令Fm*から、位置推定器30より出力される現在の推定速度(角速度)Fmを減算することにより角速度誤差を算出する。 The subtractor 31 calculates the angular velocity error by subtracting the current estimated velocity (angular velocity) Fm output from the position estimator 30 from the velocity command Fm* input to the motor control device 100 from, for example, the main controller 400 (Figure 1).

速度制御部21は、減算器31より入力された角速度誤差が0に近づくようなトルク指令値を生成するとともに、生成したトルク指令値を発生させるためのγ軸電流指令Iγ*およびδ軸電流指令Iδ*を、PI制御に従って生成する。速度制御部21は、γ軸電流指令Iγ*およびδ軸電流指令Iδ*を減算器32,33にそれぞれ出力する。 Speed control unit 21 generates a torque command value that brings the angular velocity error input from subtractor 31 closer to zero, and generates a γ-axis current command Iγ* and a δ-axis current command Iδ* according to PI control to generate the generated torque command value. Speed control unit 21 outputs the γ-axis current command Iγ* and the δ-axis current command Iδ* to subtractors 32 and 33, respectively.

減算器32は、BSF26を通過することにより高調波成分が除去された座標変換器25からのγ軸電流Iγと、速度制御部21からのγ軸電流指令Iγ*との偏差であるγ軸電流偏差ΔIγ(=Iγ*-Iγ)を算出し、γ軸電流偏差ΔIγを電流制御部22に出力する。 The subtractor 32 calculates the γ-axis current deviation ΔIγ (= Iγ* - Iγ), which is the deviation between the γ-axis current Iγ from the coordinate converter 25, from which harmonic components have been removed by passing through the BSF 26, and the γ-axis current command Iγ* from the speed control unit 21, and outputs the γ-axis current deviation ΔIγ to the current control unit 22.

減算器33は、BSF26を通過することにより高調波成分が除去された座標変換器25からのδ軸電流Iδと、速度制御部21からのδ軸電流指令Iδ*との偏差であるδ軸電流偏差ΔIδ(=Iδ*-Iδ)を算出し、δ軸電流偏差ΔIδを電流制御部22に出力する。 The subtractor 33 calculates the δ-axis current deviation ΔIδ (= Iδ* - Iδ), which is the deviation between the δ-axis current Iδ from the coordinate converter 25, from which harmonic components have been removed by passing through the BSF 26, and the δ-axis current command Iδ* from the speed control unit 21, and outputs the δ-axis current deviation ΔIδ to the current control unit 22.

電流制御部22は、減算器32からのγ軸電流偏差ΔIγの比例積分(PI)演算を行い、その演算結果をγ軸電圧指令Vγ*として加算器35に出力する。電流制御部22は、減算器33からのδ軸電流偏差ΔIδの比例積分(PI)演算を行い、その演算結果をδ軸電圧指令Vδ*としてPWM演算器24に出力する。なお、γ軸電圧指令Vγ*およびδ軸電圧指令Vδ*の各々は、本開示の「モータを駆動する駆動用電圧指令値」である。 The current control unit 22 performs a proportional-plus-integral (PI) calculation on the γ-axis current deviation ΔIγ from the subtractor 32, and outputs the calculation result to the adder 35 as the γ-axis voltage command Vγ*. The current control unit 22 performs a proportional-plus-integral (PI) calculation on the δ-axis current deviation ΔIδ from the subtractor 33, and outputs the calculation result to the PWM calculator 24 as the δ-axis voltage command Vδ*. Note that the γ-axis voltage command Vγ* and the δ-axis voltage command Vδ* are each referred to as the "drive voltage command value for driving the motor" in this disclosure.

高調波振幅調整器23には、たとえば監視ユニット310(図2)から、電力源300の電圧が入力電圧Vdcとして入力される。高調波振幅調整器23は、入力電圧Vdcに基づいて、高調波電圧指令値の振幅Vhを算出(調整)する。高調波電圧指令値は、モータ210のロータ位置の推定に用いられる高調波電流を発生するために用いられる。なお、振幅Vhは、本開示の「電圧振幅」の一例である。 The voltage of the power source 300 is input to the harmonic amplitude regulator 23 as the input voltage Vdc, for example, from the monitoring unit 310 (Figure 2). The harmonic amplitude regulator 23 calculates (adjusts) the amplitude Vh of the harmonic voltage command value based on the input voltage Vdc. The harmonic voltage command value is used to generate a harmonic current that is used to estimate the rotor position of the motor 210. Note that the amplitude Vh is an example of the "voltage amplitude" in this disclosure.

乗算器34は、高調波振幅調整器23より入力された振幅Vhと、高調波角周波数ωと時間tとの積(ωt)の余弦値(cosωt)とを乗算する。乗算器34によって算出された乗算値は、加算器35によってγ軸電圧指令Vγ*に加算される。これにより、モータ210のトルクとは関係のないγ軸電圧指令に乗算値(高調波成分)が加算されることによって、トルク脈動が生じるのを抑制することが可能である。加算器35によって算出された加算値(Vγ*+Vhcosωt)は、PWM演算器24に入力される。なお、乗算値がδ軸電圧指令Vδ*に加算されてもよい。 The multiplier 34 multiplies the amplitude Vh input from the harmonic amplitude regulator 23 by the cosine value (cos ωht ) of the product ( ωht ) of the harmonic angular frequency ωh and time t. The multiplied value calculated by the multiplier 34 is added to the γ-axis voltage command Vγ* by the adder 35. This makes it possible to suppress torque pulsation caused by adding the multiplied value (harmonic component) to the γ-axis voltage command that is unrelated to the torque of the motor 210. The added value (Vγ*+ Vhcosωht ) calculated by the adder 35 is input to the PWM calculator 24. Note that the multiplied value may be added to the δ-axis voltage command Vδ*.

PWM演算器24は、位置推定器30より入力されたロータ211の推定位置Hmを用いた公知の座標変換式(dq2相→UVW3相変換式(逆パーク変換式))に従って、dq(γδ)2相座標上でのγ軸電圧指令Vγ*およびδ軸電圧指令Vδ*を、UVW3相座標上でのU相電圧指令、V相電圧指令、および、W相電圧指令に変換する。PWM演算器24は、さらに、上記3相における電圧指令からスイッチング信号SWを生成する。より具体的には、PWM演算器24は、各相の電圧指令と既定の搬送波との比較に基づいてPWM信号をスイッチング信号SWとして生成する。PWM演算器24は、生成されたスイッチング信号SWを電力変換部10(インバータ13、図2)に出力する。 The PWM calculator 24 converts the γ-axis voltage command Vγ* and the δ-axis voltage command Vδ* on the dq(γδ) two-phase coordinate system into a U-phase voltage command, a V-phase voltage command, and a W-phase voltage command on the UVW three-phase coordinate system according to a known coordinate transformation formula (dq two-phase → UVW three-phase transformation formula (inverse Park transformation formula)) using the estimated position Hm of the rotor 211 input from the position estimator 30. The PWM calculator 24 then generates a switching signal SW from the voltage commands for the three phases. More specifically, the PWM calculator 24 generates a PWM signal as the switching signal SW based on a comparison of the voltage commands for each phase with a predetermined carrier wave. The PWM calculator 24 outputs the generated switching signal SW to the power conversion unit 10 (inverter 13, Figure 2).

座標変換器25は、電流センサ213によって検出されるV相電流Ivと電流センサ214によって検出されるW相電流Iwとに基づいて、γ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδを算出する。座標変換器25は、位置推定器30より入力されたロータ211の推定位置Hmを用いた公知の座標変換式(UVW3相→dq2相変換式(パーク変換式))に従って、γ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδを算出する。座標変換器25は、γ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδを、BSF26およびBPF27の各々に出力する。 The coordinate converter 25 calculates the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ based on the V-phase current Iv detected by the current sensor 213 and the W-phase current Iw detected by the current sensor 214. The coordinate converter 25 calculates the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ according to a known coordinate transformation formula (UVW three-phase to dq two-phase transformation formula (Park transformation formula)) using the estimated position Hm of the rotor 211 input from the position estimator 30. The coordinate converter 25 outputs the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ to the BSF 26 and the BPF 27, respectively.

BPF27は、入力されたγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδの各々から低調波成分を除去する。BPF27は、低調波成分が除去されたγ軸高調波電流iγ’およびδ軸高調波電流iδ’を抽出し、γ軸高調波電流iγ’およびδ軸高調波電流iδ’を振幅推定器28に出力する。 The BPF 27 removes sub-harmonic components from each of the input γ-axis current Iγ and δ-axis current Iδ. The BPF 27 extracts the γ-axis harmonic current iγ' and δ-axis harmonic current iδ' from which the sub-harmonic components have been removed, and outputs the γ-axis harmonic current iγ' and δ-axis harmonic current iδ' to the amplitude estimator 28.

ここで、γ軸高調波電流iγ’およびδ軸高調波電流iδ’は、それぞれ、下記の式(1)および式(2)で表される。なお、Lは、(Ld+Lq)/2である。Lは、(Lq-Ld)/2である。また、Δθは、ロータ211の推定角度とロータ211の実際角度との差分(推定誤差)を示している。
iγ’=Vh(L+Lcos2Δθ)sinωt/ω(L -L )・・・(1)
iδ’=Vh(Lsin2Δθ)sinωt/ω(L -L )・・・(2)
Here, the γ-axis harmonic current iγ' and the δ-axis harmonic current iδ' are expressed by the following equations (1) and (2), respectively. Note that L0 is (Ld+Lq)/2, and L1 is (Lq-Ld)/2. Also, Δθ represents the difference (estimation error) between the estimated angle of the rotor 211 and the actual angle of the rotor 211.
iγ'=Vh(L 0 +L 1 cos2Δθ) sin ω h t/ω h (L 0 2 -L 1 2 )...(1)
iδ'=Vh(L 1 sin2Δθ) sinω h t/ω h (L 0 2 −L 1 2 )...(2)

振幅推定器28は、入力されたγ軸高調波電流iγ’からγ軸高調波電流iγ’の振幅Aγを推定(算出)する。振幅推定器28は、入力されたδ軸高調波電流iδ’から、δ軸高調波電流iδ’の振幅Aδを推定(算出)する。振幅推定器28は、振幅Aγおよび振幅Aδを位置誤差推定器29に出力する。 The amplitude estimator 28 estimates (calculates) the amplitude Aγ of the γ-axis harmonic current iγ' from the input γ-axis harmonic current iγ'. The amplitude estimator 28 estimates (calculates) the amplitude Aδ of the δ-axis harmonic current iδ' from the input δ-axis harmonic current iδ'. The amplitude estimator 28 outputs the amplitude Aγ and the amplitude Aδ to the position error estimator 29.

位置誤差推定器29は、振幅推定器28より入力された振幅Aγおよび振幅Aδを用いて推定誤差Δθを算出する。具体的には、位置誤差推定器29は、下記の式(3)および式(4)を用いて推定誤差Δθを算出する。なお、式(4)は、Δθが0に近似できると想定したときの近似式である。位置誤差推定器29は、算出した推定誤差Δθを位置推定器30に出力する。なお、Δθが0に近似できるとは、Δθの絶対値が十分に小さいと想定できることを意味する。
Aδ/Aγ=(Lsin2Δθ)/(L+Lcos2Δθ)・・・(3)
tan-1[{(L+L)/L}(Aδ/Aγ)]/2≒Δθ・・・(4)
The position error estimator 29 calculates the estimated error Δθ using the amplitudes Aγ and Aδ input from the amplitude estimator 28. Specifically, the position error estimator 29 calculates the estimated error Δθ using the following equations (3) and (4). Note that equation (4) is an approximation equation when it is assumed that Δθ can be approximated to 0. The position error estimator 29 outputs the calculated estimated error Δθ to the position estimator 30. Note that Δθ can be approximated to 0 means that it is possible to assume that the absolute value of Δθ is sufficiently small.
Aδ/Aγ=(L 1 sin2Δθ)/(L 0 +L 1 cos2Δθ) (3)
tan -1 [{(L 0 +L 1 )/L 1 }(Aδ/Aγ)]/2≒Δθ...(4)

位置推定器30は、位置誤差推定器29より入力された推定誤差Δθを用いて、ロータ211の現在の推定速度Fmと、ロータ211の現在の推定位置Hmとを算出する。具体的には、位置推定器30は、PI制御によって推定誤差Δθを0に収束させる推定速度Fmおよび推定位置Hmを算出する。位置推定器30は、推定速度Fmを減算器31に出力する。位置推定器30は、推定位置Hmを、PWM演算器24および座標変換器25の各々に出力する。 The position estimator 30 uses the estimated error Δθ input from the position error estimator 29 to calculate the current estimated speed Fm of the rotor 211 and the current estimated position Hm of the rotor 211. Specifically, the position estimator 30 calculates the estimated speed Fm and estimated position Hm that converge the estimated error Δθ to zero using PI control. The position estimator 30 outputs the estimated speed Fm to the subtractor 31. The position estimator 30 outputs the estimated position Hm to each of the PWM calculator 24 and the coordinate converter 25.

ここで、従来のモータ制御装置では、交流電流に高調波電流が重畳されることに起因して、交流電流の正負が切り替わるタイミングが不規則となるため、デッドタイム補正が不正確になる場合がある。 However, in conventional motor control devices, the timing at which the AC current switches between positive and negative becomes irregular due to harmonic currents being superimposed on the AC current, which can result in inaccurate dead time correction.

そこで、本実施形態では、図5に示すように、高調波振幅調整器23は、入力電圧Vdcが高くなるほど振幅Vhを大きくする。たとえば、高調波振幅調整器23は、入力電圧Vdcに比例して振幅Vhを線形的に増加させる。なお、入力電圧Vdcに比例して振幅Vhをたとえば指数関数的に増加させてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, the harmonic amplitude regulator 23 increases the amplitude Vh as the input voltage Vdc increases. For example, the harmonic amplitude regulator 23 linearly increases the amplitude Vh in proportion to the input voltage Vdc. Note that the amplitude Vh may also be increased exponentially in proportion to the input voltage Vdc.

上記の式(1)および式(2)からも分かるように、γ軸高調波電流iγ’の振幅Aγおよびδ軸高調波電流iδ’の振幅Aδの各々は、振幅Vhが大きくなるほど大きくなる。Δθが0に近似できる場合、振幅Aγは振幅Aδよりも十分に大きくなる(Aγ>>Aδ)。したがって、振幅Vhを大きくすることにより振幅Aγおよび振幅Aδの各々が大きくなると、上記の式(4)に基づき、振幅Aδに対する推定誤差Δθの傾きが小さくなる(図6参照)。すなわち、δ軸の電流リップル(デッドタイム補正の失敗に起因する電流リップル)に起因する振幅Aδの変動に対する推定誤差Δθの変動(推定位置リップル)が小さくなる。なお、Δθが0に近似できるとは、Δθが十分に小さいと想定できることを意味する。 As can be seen from equations (1) and (2) above, the amplitude Aγ of the γ-axis harmonic current iγ' and the amplitude Aδ of the δ-axis harmonic current iδ' each increase as the amplitude Vh increases. When Δθ can be approximated to 0, the amplitude Aγ becomes sufficiently larger than the amplitude Aδ (Aγ >> Aδ). Therefore, when the amplitude Aγ and the amplitude Aδ increase by increasing the amplitude Vh, the slope of the estimated error Δθ relative to the amplitude Aδ decreases based on equation (4) above (see Figure 6). In other words, the fluctuation in the estimated error Δθ (estimated position ripple) relative to the fluctuation in the amplitude Aδ caused by the δ-axis current ripple (current ripple due to dead-time correction failure) decreases. Note that Δθ can be approximated to 0 means that Δθ can be assumed to be sufficiently small.

また、デッドタイム補正失敗によって生じる電圧誤差は、入力電圧Vdcに基づく(インバータ13に入力される)パルスの高さに比例する。したがって、電圧誤差は、入力電圧Vdcに比例する。このため、推定位置リップルは、入力電圧Vdcに比例して大きくなる。 Furthermore, the voltage error caused by a dead time correction failure is proportional to the pulse height (input to inverter 13) based on the input voltage Vdc. Therefore, the voltage error is proportional to the input voltage Vdc. Therefore, the estimated position ripple increases in proportion to the input voltage Vdc.

上記のように、推定位置リップルは、入力電圧Vdcに比例して大きくなり、かつ、振幅Vhに比例して小さくなる。したがって、図5に示すように、入力電圧Vdcが高くなるほど振幅Vhが大きくなるように制御されることによって、推定位置リップルが大きくなるのを(振幅Vhに起因する推定位置リップルが小さくなる分)抑制することができる。なお、入力電圧Vdcが比較的低い領域では、入力電圧Vdcに起因する推定位置リップルが比較的小さいので、振幅Vhを比較的小さくしても推定位置リップルが過剰に大きくなるのが抑制されている。 As described above, the estimated position ripple increases in proportion to the input voltage Vdc and decreases in proportion to the amplitude Vh. Therefore, as shown in Figure 5, by controlling the amplitude Vh to increase as the input voltage Vdc increases, it is possible to prevent the estimated position ripple from increasing (by the amount that the estimated position ripple caused by the amplitude Vh becomes smaller). Note that in areas where the input voltage Vdc is relatively low, the estimated position ripple caused by the input voltage Vdc is relatively small, so even if the amplitude Vh is set relatively small, the estimated position ripple is prevented from becoming excessively large.

また、入力電圧Vdcが比較的低い領域では、インバータ13が出力可能な電圧の上限値が比較的小さくなる。したがって、入力電圧Vdcが比較的低い領域において振幅Vhが比較的小さくされていることによって、高調波重畳電圧が上記の上限値に制限されるのを抑制することが可能である。 Furthermore, in the region where the input voltage Vdc is relatively low, the upper limit of the voltage that the inverter 13 can output is relatively small. Therefore, by making the amplitude Vh relatively small in the region where the input voltage Vdc is relatively low, it is possible to prevent the harmonic superimposed voltage from being limited to the above upper limit.

また、入力電圧Vdcが比較的低い領域において振幅Vhが比較的小さくなるので、高調波電流に起因するノイズを低減することができるとともに高調波電流に起因してモータ210の効率が悪化するのを抑制することが可能である。 Furthermore, since the amplitude Vh is relatively small in the region where the input voltage Vdc is relatively low, it is possible to reduce noise caused by harmonic currents and prevent the efficiency of the motor 210 from deteriorating due to harmonic currents.

また、図7に示すように、高調波振幅調整器23は、インバータ13(図2)からモータ210に出力される交流電流(図7ではU相電流Iuを代表で図示)の絶対値が閾値Ith1よりも小さい場合に、振幅Vhを低減する処理を行う。図7では、振幅Vhが低減されることによって交流電流に重畳される高調波電流の振幅が小さくなっている様子が図示されている。これにより、図7に示すように、交流電流に重畳される高調波電流の振幅が小さくなる。その結果、高調波のゼロクロスが発生するのを抑制することが可能である。なお、閾値Ith1は、本開示の「所定値」の一例である。閾値Ith1は、0の近傍の値である。たとえば、閾値Ith1は、振幅Vhの低減処理前の高調波電流の振幅(の最大値)と略等しい値であってもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 7, the harmonic amplitude regulator 23 performs a process to reduce the amplitude Vh when the absolute value of the AC current (U-phase current Iu is shown as a representative in FIG. 7) output from the inverter 13 (FIG. 2) to the motor 210 is smaller than the threshold value Ith1. FIG. 7 illustrates how the amplitude of the harmonic current superimposed on the AC current is reduced by reducing the amplitude Vh. As a result, as shown in FIG. 7, the amplitude of the harmonic current superimposed on the AC current is reduced. As a result, it is possible to suppress the occurrence of zero crossings of harmonics. Note that the threshold value Ith1 is an example of a "predetermined value" in the present disclosure. The threshold value Ith1 is a value close to 0. For example, the threshold value Ith1 may be a value approximately equal to the amplitude (maximum value) of the harmonic current before the amplitude Vh reduction process.

また、高調波振幅調整器23は、交流電流の絶対値が閾値Ith1よりも小さくなったことに応じて、振幅Vhを予め設定された割合(たとえば50%)だけ低減させてもよい。なお、高調波振幅調整器23は、現在の振幅Vh等に応じて、マップやテーブルなどを用いて上記割合を決定してもよい。また、図7ではU相電流Iuに基づいて説明したが、W相電流IwおよびV相電流Ivについても同様である。 The harmonic amplitude regulator 23 may also reduce the amplitude Vh by a preset percentage (for example, 50%) when the absolute value of the AC current becomes smaller than the threshold value Ith1. The harmonic amplitude regulator 23 may also determine the percentage using a map or table depending on the current amplitude Vh, etc. While Figure 7 has been described based on the U-phase current Iu, the same applies to the W-phase current Iw and the V-phase current Iv.

高調波振幅調整器23は、座標変換器25から出力されるγ軸高調波電流iγおよびδ軸高調波電流iδと、位置推定器30から出力される推定位置Hmとに基づいて、図7の処理を行っていてもよい。なお、高調波振幅調整器23は、電流センサ213によって検出されたV相電流Ivと、電流センサ214によって検出されたW相電流Iwとに基づいて、図7の処理を行ってもよい。なお、図7に示す振幅Vhを低減する処理は必須ではない。 The harmonic amplitude adjuster 23 may perform the processing shown in FIG. 7 based on the γ-axis harmonic current iγ and δ-axis harmonic current iδ output from the coordinate converter 25 and the estimated position Hm output from the position estimator 30. The harmonic amplitude adjuster 23 may also perform the processing shown in FIG. 7 based on the V-phase current Iv detected by the current sensor 213 and the W-phase current Iw detected by the current sensor 214. The processing to reduce the amplitude Vh shown in FIG. 7 is not required.

以上のように、本実施形態では、高調波振幅調整器23は、高調波振幅調整器23への入力電圧Vdcが高くなるほど振幅Vhを大きくする。これにより、入力電圧Vdcが高くなることに起因して推定誤差Δθのリップルが大きくなる一方で、振幅Vhが大きくなることによって推定誤差Δθのリップルが小さくなるので、推定誤差Δθ(の総和)が大きくなるのを抑制することができる。その結果、推定誤差Δθ(推定位置リップル)が大きくなることに起因してトルク脈動が大きくなるのを抑制することができる。 As described above, in this embodiment, the harmonic amplitude regulator 23 increases the amplitude Vh as the input voltage Vdc to the harmonic amplitude regulator 23 increases. As a result, while the ripple in the estimation error Δθ increases due to an increase in the input voltage Vdc, the ripple in the estimation error Δθ decreases as the amplitude Vh increases, thereby preventing the estimation error Δθ (total) from increasing. As a result, it is possible to prevent torque pulsation from increasing due to an increase in the estimation error Δθ (estimated position ripple).

また、本実施形態では、上記式(4)に基づき、推定誤差Δθが振幅Vhに依存しない値になっているので、振幅Vhをどのように変化させても推定誤差Δθを正確に算出することができる。 Furthermore, in this embodiment, the estimated error Δθ is a value that is independent of the amplitude Vh based on the above equation (4), so the estimated error Δθ can be accurately calculated regardless of how the amplitude Vh is changed.

<変形例>
上記実施形態では、モータ210に出力される交流電流の絶対値が閾値Ith1よりも小さい場合に振幅Vhが低減される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図8に示すように、高調波振幅調整器23は、インバータ13(図2)からモータ210に出力される交流電流(図8ではU相電流Iu)の振幅が閾値Ith2よりも小さい場合に、振幅Vhを低減する処理を行ってもよい。たとえば、閾値Ith2は、振幅Vhの低減処理前の高調波電流の振幅(の最大値)と略等しい値であってもよい。なお、閾値Ith2は、本開示の「所定値」の一例である。
<Modification>
In the above embodiment, an example was described in which the amplitude Vh was reduced when the absolute value of the AC current output to the motor 210 was smaller than the threshold value Ith1, but the present disclosure is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8 , the harmonic amplitude regulator 23 may perform a process to reduce the amplitude Vh when the amplitude of the AC current (U-phase current Iu in FIG. 8 ) output from the inverter 13 ( FIG. 2 ) to the motor 210 is smaller than the threshold value Ith2. For example, the threshold value Ith2 may be a value substantially equal to (the maximum value of) the amplitude of the harmonic current before the process to reduce the amplitude Vh. Note that the threshold value Ith2 is an example of a "predetermined value" in the present disclosure.

これにより、交流電流の振幅が小さくなるモータ210の低負荷時等において、振幅Vhが低減されることによって高調波電流の振幅が小さくなるので、高調波のゼロクロスが発生するのを抑制することが可能である。図8では、交流電流の振幅が閾値Ith2以上の場合(破線)よりも、交流電流の振幅が閾値Ith2よりも小さい場合(実線)の方が、振幅Vhが低減されることによって交流電流に重畳される高調波電流の振幅が小さくなっている様子が図示されている。 As a result, when the motor 210 is under low load and the amplitude of the AC current is small, the amplitude Vh is reduced, thereby reducing the amplitude of the harmonic current, making it possible to prevent the occurrence of zero crossings of harmonics. Figure 8 shows that when the amplitude of the AC current is less than threshold value Ith2 (solid line), the amplitude of the harmonic current superimposed on the AC current is smaller due to the reduction in amplitude Vh than when the amplitude of the AC current is equal to or greater than threshold value Ith2 (dashed line).

たとえば、高調波振幅調整器23は、交流電流の振幅が閾値Ith2よりも小さくなったことに応じて、振幅Vhを予め設定された割合(たとえば50%)だけ低減させてもよい。なお、高調波振幅調整器23は、現在の振幅Vh等に応じて、マップやテーブルなどを用いて上記割合を決定してもよい。また、図8ではU相電流Iuに基づいて説明したが、W相電流IwおよびV相電流Ivについても同様である。なお、図8の処理は、電流センサ213,214の検出値に基づいて行われてもよいし、γ軸電流指令Iγ*およびδ軸電流指令Iδ*等に基づいて行われてもよい。 For example, the harmonic amplitude regulator 23 may reduce the amplitude Vh by a preset percentage (e.g., 50%) when the amplitude of the AC current becomes smaller than the threshold value Ith2. The harmonic amplitude regulator 23 may determine this percentage using a map, table, or the like, depending on the current amplitude Vh, etc. While FIG. 8 has been described based on the U-phase current Iu, the same applies to the W-phase current Iw and the V-phase current Iv. The processing in FIG. 8 may be performed based on the detection values of the current sensors 213, 214, or based on the γ-axis current command Iγ* and the δ-axis current command Iδ*, etc.

上記実施形態では、入力電圧Vdcの増加に伴って振幅Vhを増加させる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、入力電圧Vdcが閾値以下の場合に振幅Vhが第1電圧で一定で、入力電圧Vdcが上記閾値よりも大きい場合に振幅Vhが第1電圧よりも高い第2電圧で一定であってもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the amplitude Vh increases as the input voltage Vdc increases, but the present disclosure is not limited to this. For example, the amplitude Vh may be constant at a first voltage when the input voltage Vdc is equal to or less than a threshold, and may be constant at a second voltage higher than the first voltage when the input voltage Vdc is greater than the threshold.

なお、上記実施形態に記載されている構成、および、上記の各種変形例は、任意に組み合わされて実施されてもよい。 The configurations described in the above embodiments and the various modifications described above may be implemented in any combination.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, not by the description of the above embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

10 電力変換部(電力変換器)、23 高調波振幅調整器、24 PWM演算器(信号生成部)、29 位置誤差推定器、30 位置推定器、100 モータ制御装置、200 電動コンプレッサ、210 モータ、Aγ 振幅(γ軸高調波電流の振幅)、Aδ 振幅(δ軸高調波電流の振幅)、Ith1 閾値(所定値)、Ith2 閾値(所定値)、Vh 振幅(電圧振幅)。 10 Power conversion unit (power converter), 23 Harmonic amplitude regulator, 24 PWM calculator (signal generator), 29 Position error estimator, 30 Position estimator, 100 Motor control device, 200 Electric compressor, 210 Motor, Aγ amplitude (amplitude of γ-axis harmonic current), Aδ amplitude (amplitude of δ-axis harmonic current), Ith1 threshold (predetermined value), Ith2 threshold (predetermined value), Vh amplitude (voltage amplitude).

Claims (5)

電動コンプレッサのモータを駆動する駆動用電圧指令値に、前記モータのロータ位置の推定に用いられる高調波電流を発生させるための高調波電圧指令値が加算された加算値に基づいて、前記モータを制御する信号を生成する信号生成部と、
前記高調波電流を用いて、前記ロータ位置の推定誤差を算出する位置誤差推定器と、
前記位置誤差推定器により算出された前記推定誤差を用いて、前記ロータ位置を推定する位置推定器と、
前記高調波電圧指令値の振幅である電圧振幅を調整する高調波振幅調整器と、を備え、
前記位置誤差推定器は、d軸の推定軸であるγ軸における前記高調波電流であるγ軸高調波電流と、q軸の推定軸であるδ軸における前記高調波電流であるδ軸高調波電流とを用いて、前記推定誤差を算出し、
前記高調波振幅調整器は、
前記高調波振幅調整器への入力電圧に基づいて、前記電圧振幅を調整するとともに、
前記入力電圧が第1電圧値の場合の前記電圧振幅を、前記入力電圧が前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値の場合の前記電圧振幅よりも大きくする、電動コンプレッサのモータ制御装置。
a signal generating unit that generates a signal to control the motor based on a sum obtained by adding a harmonic voltage command value for generating a harmonic current used to estimate a rotor position of the motor to a driving voltage command value for driving the motor of the electric compressor;
a position error estimator that calculates an estimated error in the rotor position using the harmonic current;
a position estimator that estimates the rotor position using the estimated error calculated by the position error estimator;
a harmonic amplitude adjuster that adjusts a voltage amplitude that is the amplitude of the harmonic voltage command value,
the position error estimator calculates the estimation error using a γ-axis harmonic current, which is the harmonic current in a γ-axis that is an estimated axis of the d-axis, and a δ-axis harmonic current, which is the harmonic current in a δ-axis that is an estimated axis of the q-axis;
The harmonic amplitude adjuster
adjusting the voltage amplitude based on an input voltage to the harmonic amplitude adjuster;
A motor control device for an electric compressor, wherein the voltage amplitude when the input voltage is a first voltage value is made larger than the voltage amplitude when the input voltage is a second voltage value smaller than the first voltage value.
前記位置誤差推定器は、前記γ軸高調波電流の振幅と、前記δ軸高調波電流の振幅との比率に基づいて、前記推定誤差を算出する、請求項1に記載の電動コンプレッサのモータ制御装置。 The motor control device for an electric compressor according to claim 1, wherein the position error estimator calculates the estimation error based on the ratio between the amplitude of the γ-axis harmonic current and the amplitude of the δ-axis harmonic current. 前記高調波振幅調整器は、前記入力電圧が高くなるほど前記電圧振幅を大きくする、請求項1または2に記載の電動コンプレッサのモータ制御装置。 A motor control device for an electric compressor according to claim 1 or 2, wherein the harmonic amplitude regulator increases the voltage amplitude as the input voltage increases. 前記モータに交流電圧を出力する電力変換器では、デッドタイム補正が行われており、
前記高調波振幅調整器は、前記電力変換器から前記モータに出力される交流電流の絶対値が所定値よりも小さい場合に、前記電圧振幅を低減する処理を実行する、請求項1または2に記載の電動コンプレッサのモータ制御装置。
a power converter that outputs an AC voltage to the motor performs dead time correction;
3. The motor control device for an electric compressor according to claim 1, wherein the harmonic amplitude adjuster executes a process of reducing the voltage amplitude when an absolute value of the AC current output from the power converter to the motor is smaller than a predetermined value.
前記モータに交流電圧を出力する電力変換器では、デッドタイム補正が行われており、
前記高調波振幅調整器は、前記電力変換器から前記モータに出力される交流電流の振幅が所定値よりも小さい場合に、前記電圧振幅を低減する処理を実行する、請求項1または2に記載の電動コンプレッサのモータ制御装置。
a power converter that outputs an AC voltage to the motor performs dead time correction;
3. The motor control device for an electric compressor according to claim 1, wherein the harmonic amplitude adjuster executes a process to reduce the voltage amplitude when the amplitude of the AC current output from the power converter to the motor is smaller than a predetermined value.
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